Zrozumienie klasy palności UL 94V-0 dla obwodów drukowanych (PCB)

Słowa kluczowe: 94V-0 PCB

UL 94 V-0 to standard palności dla określonego materiału obwodów drukowanych (PCB), który definiuje jego wysoką odporność ogniową. Ta klasyfikacja informuje, że materiał odpowiada testom palności UL 94V-0 dla PCB. W szczególności oznacza to, że materiał jest klasyfikowany jako 94V-0 zgodnie ze standardem Underwriters Laboratories UL 94.

W przypadku sprzętu elektronicznego, na przykład przenośnego, takiego jak jego obwody drukowane, odporność ogniowa jest bardzo ważnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, aby uniknąć pożaru. Wszystkie materiały posiadające klasyfikację 94V-0 zachowują pionową charakterystykę palenia zgodną z najbardziej uznanymi procedurami testowymi standardu UL 94. Niniejszy artykuł obejmuje wszystkie niezbędne informacje dotyczące wymogów klasyfikacji palności PCB, jakie informacje zawiera lub pociąga za sobą standard 94V-0 oraz ważne czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze płytek.

Klasyfikacje palności PCB

Współczesne wtrącenia substancji polimerowych to żywica, tkaniny wzmacniające i folie wiążące, które z natury posiadają różną palność. Standaryzacja właściwości ognioodpornych obwodów drukowanych zapewnia mierzalność, aby bezpiecznie kierować doborem materiału.

Testy palności UL 94

Procedury testowe Underwriters Laboratories, klasyfikacje palności UL 94, definiują charakterystykę palenia substancji plastikowych. Podlegają one testom, aby można było ocenić odporność na zapłon oraz charakterystykę palenia.

UL 94 V – test pionowego palenia

UL 94 VTM – Metoda testu pionowego palenia dla materiałów grubych

V1564 – Metoda testu pionowego palenia zaawansowanych materiałów termoplastycznych, poliestru lub innych materiałów termoplasticznych na poziomie testowym 5V.

Na podstawie wyników materiałom przyznaje się klasyfikacje palności UL: V-0, V-1 i V-2, odnoszące się do różnej odporności na palenie. Mogą również istnieć inne dodatkowe oznaczenia materiałów, które obejmują 5VA i 5VB zgodnie ze standardem testowym UL 94 5V.

Maksyma oceny pionowego palenia UL 94 V z klasą V-0 akredytowaną jako 94V-0.

Testy zagrożenia pożarowego IEC 60695

Inny zestaw standardów dla wyrobów i komponentów elektrotechnicznych zapewnia seria IEC 60695 wydana przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną, która identyfikuje potencjalne zagrożenia pożarowe. Obejmuje to:

Propozycja IEC 60695-11-10: Test palności żarowym drucikiem

IEC 60695-11-20 – Test płomieniem igłowym dla charakterystyk materiałów elastycznych

Zatem UL 94 nie tylko pozwala na względną ocenę materiałów pod względem palności, ale IEC 60695 bezpośrednio określa kryteria zaliczenia/niezaliczenia testów. Odrębna ocena tych dwóch metodologii testowania zapewnia bardziej wszechstronne wyniki dotyczące bezpieczeństwa pożarowego PCB. Ogólnie rzecz biorąc, każdy materiał posiadający klasyfikację 94V-0 również przechodzi testy IEC 60695.

Czym jest klasyfikacja UL 94V-0

Rodzaj PCB, które są obwodami drukowanymi 94V-0, spełnił wymagania testu palności UL 94 V, osiągając poziom klasyfikacji pionowego palenia 'V-0'. Oznacza to, że płytki mają niezwykle wysoką odporność ogniową z czasami samogaszenia poniżej 0,1 sekundy po zapłonie.

Standard klasyfikacji UL 94V-0

Średni czas palenia ma być mniejszy lub równy 10 sekund.

Całkowity czas palenia ≤ 50 sekund

Niedopuszczalne są palące się krople

Niedopuszczalne są żarzące się cząstki

Wynika to z tego, że oznaczenie 94V-0 reprezentuje jedną z najsurowszych klasyfikacji ogniowych w ramach pionowych testów palenia UL 94. Odbija ona wysoką odporność ogniową pod względem zdolności do samogaszenia, nie kapania oraz zdolności do opierania się żarzeniu lub iskrzeniu.

Zalety stosowania materiałów PCB 94V-0

Obwody drukowane zgodne z klasyfikacją 94V-0 zapewniają znaczące ulepszenia bezpieczeństwa i środki zapobiegania pożarom dla systemów elektronicznych:

Niezapalne - szybko wygasza płomień i nie kontynuuje spalania po usunięciu źródła zapłonu.

Bezhalogenowe - skutecznie zapobiegają powstawaniu toksycznych/żrących gazów podczas spalania.

Odporność na żarzenie - brak żarzenia po zetknięciu z rozgrzanymi drutami.

Niekapające - powstrzymują tworzenie się lepkiego strumienia płonących stopionych cząstek z konstrukcji.

Dlatego użycie materiału UL 94V-0 zmniejsza ryzyko strat związanych z pożarem i dymem. Jest to istotne w produktach konsumenckich, elektronice przemysłowej i urządzeniach medycznych, a także w systemach transportowych. Wysoki stopień odporności ogniowej umożliwia również takim obwodom drukowanym łatwe spełnienie wymagań dotyczących bezpieczeństwa produktu końcowego dla konsumentów.

Materiały stosowane do produkcji obwodów drukowanych 94 V-0

Laminaty ognioodporne (FR): Laminaty te dostępne są z rdzeniami zbrojonymi tkaniną szklaną na bazie epoksydowej lub polimidowej, które dzięki bromowanym formulacjom zapewniają zgodność z normami UL 94V-0 i IEC 60695. Stanowią najlepsze rozwiązanie w kwestiach obciążeń elektrycznych, cieplnych i mechanicznych.

Laminaty wysokotemperaturowe (Hi-Tg) - udoskonalone żywice epoksydowe przekraczające temperaturę zeszklenia sprawiają, że produkty są zgodne z UL 94 V-0, przy jednoczesnym zachowaniu wyższych temperatur pracy przekraczających 170°C. Wymaga to pewnego poziomu zrozumienia procesów lutowania.

Kompozytowe materiały epoksydowe (CEM) - materiał zastępujący FR-4, oparty na zbrojeniu z nietkanej tkaniny szklanej. Zawiera poszczególne komponenty, które uzyskały klasę V-0, a ich użycie nie wymaga halogenowanych środków opóźniających palenie. Przyjazne dla środowiska.

Wielu renomowanych producentów obwodów drukowanych oferuje certyfikowane płyty 94V-0, z różnymi materiałami bazowymi dla płytek sztywnych, sztywno-giętkich, giętkich i wysokoczęstotliwościowych, zaprojektowanych w celu maksymalizacji odporności ogniowej. Dokładna chemia żywic, a także style splotu wymagają innowacyjnych strategii, aby osiągnąć niekapalność oraz odpowiednie właściwości dielektryczne, termiczne i mechaniczne.

Ponownie, stosowana technika produkcji jest określana jako konstrukcja laminowana dla 94V-0.

Materiały bazowe, prepregi i folie wiążące, które tworzą stos obwodu drukowanego, decydują o klasie bezpieczeństwa pożarowego. Decyzje w tej dziedzinie projektowania są wymagane w zakresie warstwowania rdzeni, grubości obwodu drukowanego i laminowania.

Wybór rdzeni/prepregów

Wielowarstwowa płytka powinna być wykonana z rdzeni, prepregów i warstw wiążących, które zostały certyfikowane zgodnie z normami UL 94V-0. Ponieważ prepregi i rdzenie indywidualnie nie spełniają wymagań V-0, może to prowadzić do niepowodzeń, nawet jeśli warstwy miedzi spełniają lub oferują wyniki V-0 oddzielnie.

Wszystkie laminaty oferowane przez producenta obwodów drukowanych, które mają zaprojektowaną zgodność z UL 94V-0, aby utrzymać tę klasę dla wszystkich warstw, są idealne z punktu widzenia zgodności.

Konstrukcja stosu warstw

W miarę możliwości unikaj skomplikowanych struktur i znacznie lepiej jest utrzymywać konstrukcje symetryczne i zrównoważone. Nie należy próbować używać zbyt dużej różnorodności materiałów w przekroju poprzecznym - klasy odporności ogniowej mogą się znacznie różnić, co powoduje awarie. Obserwuje się również wyzwanie związane z dużą liczbą interfejsów wynikającą z mieszania rdzeni i prepregów o różnej chemii.

Zwiększenie ogólnej grubości płytki może poprawić odporność ogniową, ale należy sprawdzić, czy nie wprowadza to problemu rozwarstwiania podczas laminowania, przy jednoczesnym utrzymaniu klasy UL 94V-0.

Rodzaje folii wiążących

Podobnie jak w klasie materiałów FR-4, standardowe folie wiążące mogą nie osiągać V-0. Aby osiągnąć konstrukcję 94V-0 bez wpływu na problem laminowania, stosuje się ognioodporne folie zawierające określone rozwiązania dla PVB. Zaproponowano wiele z nich dla wysokiej Tg, odporności na pękanie, przyczepności i reologii.

Ogranicz użycie folii wiążących tak bardzo, jak to możliwe. Proces konstrukcyjny musi zostać potwierdzony dla płytek o dużej liczbie warstw, które są klasyfikowane jako 94V-0.

Podsumowanie

W rezultacie wskazało to, że tylko najlepsze techniki projektowania bezpieczeństwa produktu mogą wytworzyć wolne od skaz obwody drukowane z zachowaniem zgodności palności 94V-0. Wybór właściwych materiałów, ocena form konstrukcyjnych oraz bezpośrednia współpraca z dostawcami produkcji gwarantują, że produkt końcowy osiąga najwyższe poziomy odporności ogniowej według normy UL 94V.

Ze względu na wzrost obaw dotyczących ochrony konsumentów i podstawowego bezpieczeństwa użytkowników, w połączeniu z zagrożeniami pożarowymi związanymi z produktami elektrycznymi i elektronicznymi, podłoża obwodów drukowanych stosowane w wyżej wymienionych urządzeniach muszą przechodzić testy stron trzecich według najwyższych standardów niepalności. Płyty zgodne z klasą 94V-0 oferują ogromne ulepszenia w zakresie opóźnienia rozprzestrzeniania ognia, redukcji ryzyka i możliwości ucieczki przed zagrożeniem.

Stosowanie najwyższej klasy odporności ogniowej w aplikacjach kart obwodów powinno być uważane za podstawowy wymóg przy wyborze usługi produkcji obwodów drukowanych, ze względu na zapewnienie najwyższego standardu ochrony UL 94V-0 dla produktu końcowego oraz konsumenta.